KR101170794B1 - 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법 - Google Patents

친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교량, 해상구조물, 각종 대형 플랜트 등의 강재 표면을 부식으로 부터 보호하기 위한 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법에 관한 것으로, 교량이나 구조물에 형성된 강재 표면의 들뜬 도장이나 부식된 녹, 먼지, 유제분과 같은 오염물질을 고압 스팀과 집진장치와 브러쉬가 포함되어 형성된 표면처리장치를 이용하여 고압 스팀분사와 동시에 브러쉬를 작동시켜 오염물질을 탈착시켜 제거함과 동시에 표면처리장치의 집진장치를 이용하여 탈착된 오염물질을 동시에 흡입하여 표면처리하는 표면처리단계와; 상기 표면처리된 강재 표면에 아연분말과 수지, 용제 및 부식억제제가 포함되어 있는 방청 프라이머를 도포하는 방청 프라이머 도포단계와; 상기 방청 프라이머가 도포된 표면에 수용성 실리콘 아크릴 수지 55 ~ 65중량%, 물 8 ~ 17중량%, 경화제 10 ~ 20중량%, 산화티타늄과 산화 아연을 혼합으로 이루어진 착색안료 1 ~ 10중량%로 이루어진 중방식 도료를 도포하는 중방식 도료 도포단계;로 이루어져 있어, 중방식 도료에 포함되어 있는 수용성 실리콘 아크릴 수지에 의해 부착성, 건조성, 내후성이 뛰어나고, 특히, 우레탄 계열의 경화제를 혼합하여 도막성능 향상 및 마찰계수가 작은 표면에서도 뛰어난 부착성을 발휘할 수 있고, 강재 표면의 오염물질을 고압스팀, 브러쉬 및 집진장치를 이용하여 제거함으로써 오염물질 제거작업 용이하게 이루어져 작업자의 편의성을 도모할 수 있으며, 아연분말 및 부식억제제가 포함된 방청 프라이머를 통해 방청성능 및 부식방지 효과가 탁월한 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법을 제공한다.

Description

친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법{Coating method of steel using heavy duty paint}
본 발명은 교량, 해상구조물, 각종 대형 플랜트 등의 강재 표면을 부식으로 부터 보호하기 위한 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 중방식 도료에 포함되어 있는 수용성 실리콘 아크릴 수지에 의해 부착성, 건조성, 내후성이 뛰어나고, 특히, 우레탄 계열의 경화제를 혼합하여 도막성능 향상 및 마찰계수가 작은 표면에서도 뛰어난 부착성을 발휘할 수 있고, 강재 표면의 오염물질을 고압스팀, 브러쉬 및 집진장치를 이용하여 제거함으로써 오염물질 제거작업 용이하게 이루어져 작업자의 편의성을 도모할 수 있으며, 아연분말 및 부식억제제가 포함된 방청 프라이머를 통해 방청성능 및 부식방지 효과가 탁월한 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법에 관한 것이다.
최근 국제적으로 강화되고 있는 대기 환경 오염에 대한 VOCs 규제는 환경 친화성 도료의 개발을 요구하고 있으며, 통상적으로 사용되어 왔던 유성 도료의 수용화 및 분체화 추세가 급속히 이루어지고 있다. 아울러, 환경친화적 도료의 개발은 대기질 오염이 문제가 되는 수도권 지역에 더욱더 절실하게 요구되고 있다. 최근에 들어서는 작업장에서 작업자들이 유기 용제의 무방비한 노출에 의해서 페인트 도장공들의 건강까지 위협하고 있는 상태이다. 특히 밀폐된 공간 내에서의 도장작업은 유기 용제에 의한 질식, 화재위험들이 산재되어 있어 더욱더 수성도료가 필요시 된다. 철 금속에 도장되는 경우 크롬, 납 등과 같은 중금속을 함유한 방청안료를 사용하지 않는 상태에서도 우수한 방청력을 가지며, 특별한 전처리, 즉 인산아연이나 인산철 피막 공정을 거치지 않는 상태에서 일정 수준 이상의 방청력을 갖는 수용성 도료 시스템이 요구되고 있다. 일반 금속물에 도장하는 도료의 경우, 금속물의 부식 방지와 더불어 시스템 도장으로 이어질 경우 다양한 소지 및 다양한 상도와의 부착성 증진도 필수 요건이다.
일반적으로 철을 포함하는 철 구조물은 대부분 자연환경 중에 부식 환경에 노출되므로, 철 구조물의 내후성을 증진하기 위하여 부식을 방지할 수 있도록 철 구조물 표면에 부식 방지 처리하는 것이 일반적이다.
철구조물의 부식을 시키는 환경은 건식 부식(Dry corrosion)과 습식부식(Wet corrosion)으로 나누어지는데 건식 부식은 고온 가스에 의한 부식이며, 습식 부식은 대기중의 부식, 수중부식(담수 및 해수), 화학약품 부식(산, 알칼리, 염), 땅속에서의 부식이다. 이러한 부식은 다음과 같이 표현할 수 있다.
양극에서 산화 반응: Fe → Fe + 2e-, 음극에서 환원반응: H2O +1/2O2 + 2e- → 2OH-, 2H + 2e → H2, 종합 연속 반응 : Fe + 2OH → Fe(OH)2, 2Fe(OH)2 +1/2O2 + H2O → 2Fe(OH)3 철 구조물의 부식이란 녹(Rust) 혹은 적청(Fe(OH)3, Fe2O3)이 형성됨을 말하는데, 이들의 생성원인은 공기 중 산소(O2), 수분(H2O)이라고 볼 수 있다. 이러한 부식은 고온에서 가스, 해수의 염분, 화학 약품의 부식(산, 알칼리, 염) 등에 의해서 가속화되는 경향이 있는데 기존의 발명은 부식 억제제(Corrosion inhibitor)인 크롬산, 아질산 등의 부동화제를 사용하거나, 인산염 등을 사용하여 인산 피막처리, 혹은 철의 부식보다 이온화경향이 빠른 Cu, Zn, Cr, Ni 등의 금속 안료를 이용한 금속 피복에 의한 방식법 즉, 아연(Zinc Oxide), 알루미륨(Aluminum Oxide)을 양극으로 이용하는 희생양극법(Sacrificial anode) 등이 이용되었다.
한국등록특허 제0503561호의 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성을 증진을 위한 도료 조성물 및 이를 이용한 산화 알루미늄 피막 접착 공법에서는 아연, 크롬, 니켈, 산화알루미늄 등을 이용한 도료를 도포하여 철재 구조물에 금속 피막을 형성하는 공법이 공개되어 있으며 이러한 희생 양극법에 의해서 산화 알루미늄 피막은 철재 구조물의 부식을 방지하고 내구성을 증진시키는데 효과적으로 사용될 수 있다.
또한, 현재 많이 사용되고 있는 무기질 아연말 도료, 염화고무계 도료, 에폭시계 도료 등을 살펴 보면 다음과 같다.
1. 무기질 아연말 도료
아연말을 주방청제로 한 방청도료로서 다음과 같은 것들이 알려져 있다. 소위 징크리치페인트로서 소량의 수지에 고농도의 아연분말이나 아연미세분말을 넣어서 만든 것이다.
2. 염화 고무계 도료
일반적으로 중방식 도료에 많이 사용되고 있는 염화고무계 도료는 건조 속도가 빠르고, 층간 밀착성이 우수하고 오염 및 해안 환경에 강하다. 특히 염화고무 도료는 우수한 도막 특성에 의해서 투수성 및 산소 투과성이 다른 도료보다 월등하여 컨테이너나 선박 등 철재 구조물의 도장에 유리하다.
3. 에폭시계 도료
에폭시계 방식도료는 각종 폴리 아민 화합물 특히, 지방족 폴리아민 화합물을 상온 경화용 에폭시 수지 경화제로 폭넓게 사용해왔다.
하지만, 상기와 같은 도료들은 하기와 같은 문제점이 있었다.
1. 무기질 아연말 도료
상기 무기질 아연말 도료(징크리치 페인트)의 경우 그 속에 존재하고 있는 징크다스트가 산소나 수분의 침범을 받아 자체가 부식되어 소위 백청을 일으키는 등으로 철에 대한 방청효과가 일정기간 후에 상실되어 버리거나 또는 밀착성 등이 불량한 결함을 가지고 있음이 알려져 있다. 이러한 무기질 아연말 도료는 강교와 같은 철재 구조물에 프라이머로 많이 사용되고 있으나 도막두께를 두껍게 도장해야 하고, 수지분이 적어 외부의 충격에 의해 쉽게 도막이 탈락되는 현상 등으로 고내후성을 유지하는 강교 사양에는 바람직하지 않다.
2. 염화 고무계 도료
상기 염화고무계 도료는 내후성이 떨어져서 도장 후 일정기간이 지난 후 철재 구조물의 외관을 떨어뜨리는 단점이 있다.
3. 에폭시계 도료
상기 에폭시계 도료는 대기중의 이산화탄소나 수증기를 흡수하여 카바민산염이 생성되기 쉽고 이로 인해 경화 도막이 백화되며, 경화도중 도막상에 물방울이 접촉되면 그 부분이 백화가 심해져 외관이 나빠지는 문제가 있다. 그리고 도막을 덧칠할 경우 도막의 층간 밀착이 저하되는 문제도 있다.
상기의 문제점을 개선하기 위해 각종 폴리아민 화합물이 여러 가지 변성물로 사용되는데 그 대표적인 변성 방법으로는 페놀계 화합물 및 카르보닐계 화합물과의 만니히 반응에 의해 변성과 에폭시 화합물과의 반성에 의한 변성, 카르복실기를 갖는 화합물과의 반응에 의한 변성, 아크릴계 화합물과의 마이켈 반응에 의한 변성 등이 있으며, 일본국 특허 공개 평8-104738호에 개시되어 있다. 그러나 상기 변성 경화제는 일반적으로 20 ~ 40℃와 같은 온도 범위에서 적용 시 만족스러운 물성을 얻을 수 있으나. 10℃ 이하인 동절기, 특히 5℃ 이하의 저온에서는 도막의 경화성이 불충분하고, 종래의 저온 경화용 수지로 사용되었던 만니히 반응에 의한 변성물 또한 도막의 경화성에 불충분한 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법은 교량이나 구조물에 형성된 강재 표면의 들뜬 도장이나 부식된 녹, 먼지, 유제분과 같은 오염물질을 고압 스팀과 집진장치와 브러쉬가 포함되어 형성된 표면처리장치를 이용하여 고압 스팀분사와 동시에 브러쉬를 작동시켜 오염물질을 탈착시켜 제거함과 동시에 표면처리장치의 집진장치를 이용하여 탈착된 오염물질을 동시에 흡입하여 표면처리하는 표면처리단계와; 상기 표면처리된 강재 표면에 아연분말과 수지, 용제 및 부식억제제가 포함되어 있는 방청 프라이머를 도포하는 방청 프라이머 도포단계와; 상기 방청 프라이머가 도포된 표면에 수용성 실리콘 아크릴 수지 55 ~ 65중량%, 물 8 ~ 17중량%, 경화제 10 ~ 20중량%, 산화티타늄과 산화 아연을 혼합으로 이루어진 착색안료 1 ~ 10중량%로 이루어진 중방식 도료를 도포하는 중방식 도료 도포단계와; 상기 중방식 도료의 상측으로 중방식 도료를 보호하기 위한 표면보호제 도포단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중방식 도료 도포단계에서 중방식 도료의 수용성 실리콘 아크릴 수지는 실리콘 아크릴레이트 모노머, 아크릴레이트모노머, 유기용제 및 개시제를 드롭핑하여 제조한 후 이를 유화제와 물을 이용해 수용화한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중방식 도료 도포단계에서 중방식 도료의 경화제는 수용성 우레탄 수지가 친수성기를 함유하는 3관능 헥사메틸렌디이소시아네이트와 소수성의 3관능 헥사메틸렌디이소시아네이트에 치환된 우레탄계 경화제인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 중방식 도료에 포함되어 있는 수용성 실리콘 아크릴 수지에 의해 부착성, 건조성, 내후성이 뛰어나고, 특히, 우레탄 계열의 경화제를 혼합하여 도막성능 향상 및 마찰계수가 작은 표면에서도 뛰어난 부착성을 발휘할 수 있다.
또한, 강재 표면의 오염물질을 고압스팀, 브러쉬 및 집진장치를 이용하여 제거함으로써 오염물질 제거작업 용이하게 이루어져 작업자의 편의성을 도모할 수 있다.
아울러, 아연분말 및 부식억제제가 포함된 방청 프라이머를 통해 방청성능 및 부식방지 효과가 탁월한 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법의 블록도.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로, 강재의 부식은 건식(Dry corrosion)과 습식(Wet corrosion)으로 분류된다.
우선, 건식의 경우 금속표면에 액체인 물의 작용 없이 일어나는 부식으로 고온산화, 고온가스에 의한 부식 등이 이에 속한다.
또한, 습식의 경우는 액체인 물 또는 전해질 용액에 접촉하여 발생되는 부식이다.
이러한, 강재의 부식은 강재의 강도에 지대한 영향을 미치게 되는데, 특히, 새롭게 도료를 도포하더라도 기존에 부식이 진행 중일 경우에는 이를 완전히 제거하여야만 한다.
따라서 본 발명에서는, 교량이나 구조물에 형성된 강재 표면의 이물질을 제거하는 작업이 선행된다.(표면처리단계)
상기 표면처리단계는 강재 표면에 도포하였던 기존 도장을 벗겨내고, 기존 도장이 들떠 있는 위치에 발생한 강재 표면의 녹이나 먼지 유제분 등의 오염물질을 제거하는 작업이다.
특히, 본 발명에서는 고압 스팀과 집진장치와 브러쉬를 포함하여 이루어진 표면처리장치를 이용하여 강재 표면의 오염물질을 제거하게 된다.
이러한, 표면처리장치를 통한 표면처리방법은 고압 스팀을 통해 작업이 이루어지기 때문에 도장의 들뜸이나 또는 탈락에 의해 외부로 노출되어 있던 강재 표면이 산화되어 발생한 녹이나 강재 표면의 이물질, 유분제의 탈락을 보다 용이하게 할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같은 고압 스팀을 통한 방법은 대부분의 물이 기화된 상태이어서 작업시 물의 사용량이 적을 뿐만 아니라, 작업하는 과정에서 하부로 떨어지는 물의 양이 많지 않아 작업자의 편의성을 도모할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 브러쉬를 통해 강재 표면에 형성된 기존의 도장, 녹, 이물질, 유분제의 탈락을 보다 용이하게 할 수 있다.
이때에, 상기 브러쉬는 스틸 재질로 이루어진 브러쉬를 사용한다.
이러한, 스틸 재질의 브러쉬는 강재 표면을 연마하는 작용을 하여 오염물질의 제거 작업이 더욱 원활하게 이루어질 수 있도록 함과 동시에 강재 표면에 미세한 요철을 형성할 수 있도록 작용한다.
한편, 상기와 같이 브러쉬를 통해 강재 표면의 오염물질의 박리시 오염물질의 낙하로 인해 작업자의 안전 및 시공환경의 저해를 막기 위해 표면처리장치에는 집진장치가 더 구비되어 스팀 및 브러쉬를 통해 박리되는 오염물질을 집진함으로써, 작업자의 안전 및 시공환경을 개선할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 상기와 같은 표면처리단계 이후에는 강재 표면에 방청 프라이머를 도포한다.(방청 프라이머 도포단계)
상기 방청 프라이머는 아연분말과 수지, 용제 등을 주연료로 하며, 주제와 첨가제의 2액형의 형태의 것을 이용한다.
이러한, 방청 프라이머에 포함된 아연은 철 보다 이온화 경향이 크기 때문에 방식 효과가 매우 탁월하여 녹 방지용으로 매우 적합하다.
특히, 본 발명에서는 상기 방청 프라이머에 부식억제제가 더 포함되어 있기 때문에, 방청 프라이머 도포 이후 추가로 발생하는 강재 표면의 부식을 억제하도록 작용하게 된다.
다음으로, 상기 방청 프라이머가 도포된 표면에 중방식 도료를 도포한다.(중방식 도료 도포단계)
상기 중방식 도료는 수용성 실리콘 아크릴 수지 55 ~ 65중량%, 물 8 ~ 17중량%, 경화제 10 ~ 20중량%, 착색안료 1 ~ 10중량%로 이루어져 있다.
이를 살펴보면,
수용성 실리콘 아크릴 수지는 실리콘 아크릴레이트 모노머, 아크릴레이트 모노머, 유기용제 및 개시제를 드롭핑하여 제조한 후 이를 유화제와 물을 이용해 수용화하여 제조되었다.
이러한, 수용성 실리콘 아크릴 수지에 포함된 실리콘 아크릴레이트 모노머는 기본적인 방수성능을 형성한 재질로 수분, 화학적 작용에 의한 부식방지에 탁월한다.
특히, 상기 실리콘 아크릴레이트 모노머는 실리콘 단말기에 아크릴레이트가 배열된 구조로 수지합성이 가능하고, 건조성, 내후성이 매우 우수하다.
또한, 아크릴레이트 모노머는 실리콘 아크릴레이트 모노머와 개시제의 드롭핑시 필요한 성분으로 성분들 간의 부착성을 향상시키고, 건조성 및 내후성의 향상된 효과를 얻을 수 있도록 혼합되는 것이다.
이러한, 실리콘 아크릴레이트 모노머는 메틸메타크릴레이트, 시르코헥실 메타크릴레이트, 이소부틸 메티크릴레이트 중 선택된 어느 하나의 것을 이용할 수 있다.
이러한, 수용성 실리콘 아크릴 수지는 임계치 미만으로 혼합할 경우 내후성, 건조성 및 부착성 저하 및 강재 표면에 도포시 여러번 도장을 하여야 하고, 임계치를 초과하였을 경우에는 물의 사용량이 증가하여 시공 후 건조시간이 오래 걸리는 문제점이 발생하게 된다.
다음으로, 물은 수용성 실리콘 아크릴 수지를 수용화 시키기 위한 것으로, 임계치를 초과할 경우 점도가 낮아지는 문제점이 발생하게 되고, 임계치 미만일 경우에는 점도조정이 어려워 작업성이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
다음으로, 경화제는 상기 중방식 도료 도포단계에서 중방식 도료의 경화제는 수용성 우레탄 수지가 친수성기를 함유하는 3관능 헥사메틸렌디이소시아네이트와 소수성의 3관능 헥사메틸렌디이소시아네이트에 치환된 우레탄계 경화제이다.
이러한, 경화제는 우레탄 결합으로 인해 부착성 및 내후성의 향상된 효과를 얻을 수 있어 표면의 마찰계수가 작더라도 부착력을 높일 수 있도록 작용하게 된다.
특히, 경화제에 포함된 친수성기를 함유하는 3관능 헥사메틸렌디이소시아네이트와 소수성의 3관능 헥사메틸렌디이소시아네이트는 표면의 긁힘 현상을 방지하도록 작용하여 내후성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.
다음으로, 착색안료는 수용성 실리콘 아크릴 수지의 색상발현을 위해 포함된다.
특히, 본 발명에서의 착색안료는 산화티타늄과 산화아연의 혼합으로 이루어져 있다.
이러한, 착색안료는 도막의 경도를 향상시키며, 특히, 대기 중의 이산화탄소를 쉽게 포집하여 도막이 빨리 건조되게 하는 보조역할을 함으로써 완전한 수분제거에 도움을 주며, 아연이온의 혼합으로 인해 강재표면에 아연상 피막을 조정시켜 수분에 의한 피도물의 부식방지(방청효과) 및 전반적인 내수성을 증진시키도록 작용한다.
즉, 상기 착색안료의 산화아연과 산화티타늄의 혼용으로 인해 건조증진에 의한 도막강화 상승효과 및 자외선을 흡수하여 내후성을 증진시키는 역할을 할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 구성으로 이루어진 중방식 도료는 적용되는 위치에 따라 1회 내지 3회에 걸쳐 반복적으로 도포할 수도 있다.
아울러, 상기 중방식 도료의 표면을 보호하기 위해 통상의 코팅제인 표면보호제를 중방식 도료 위에 재차 도포(표면보호제 도포단계)하여 시공을 완료할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명의 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법은 중방식 도료를 통해 부착성이 향상됨은 물론 내후성, 내식성이 뛰어나 시공 후에도 오랫동안 건전한 상태를 유지할 수 있게 된다.
또한, 방청 프라이머를 통해 방식기능을 더욱 강화하여 강재의 부식을 방지 및 예방하며, 아울러, 표면처리시 스팀, 브러쉬 및 집진장치가 포함된 표면처리장치를 이용하여 강재 표면의 오염물질을 완전히 제거할 수 있게 되는 것이다.
상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 대해 기재한 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음은 본 발명의 기술분야에 종사하는 통상의 기술자들에게 있어서 자명한 것이다.

Claims (3)

  1. 교량이나 구조물에 형성된 강재 표면의 들뜬 도장이나 부식된 녹, 먼지, 유제분과 같은 오염물질을 고압 스팀과 집진장치와 브러쉬가 포함되어 형성된 표면처리장치를 이용하여 고압 스팀분사와 동시에 브러쉬를 작동시켜 오염물질을 탈착시켜 제거함과 동시에 표면처리장치의 집진장치를 이용하여 탈착된 오염물질을 동시에 흡입하여 표면처리하는 표면처리단계;
    상기 표면처리된 강재 표면에 아연분말과 수지, 용제 및 부식억제제가 포함되어 있는 방청 프라이머를 도포하는 방청 프라이머 도포단계;
    상기 방청 프라이머가 도포된 표면에 수용성 실리콘 아크릴 수지 55 ~ 65중량%, 물 8 ~ 17중량%, 경화제 10 ~ 20중량%, 산화티타늄과 산화 아연을 혼합으로 이루어진 착색안료 1 ~ 10중량%로 이루어진 중방식 도료를 도포하는 중방식 도료 도포단계;
    상기 중방식 도료의 상측으로 중방식 도료를 보호하기 위한 표면보호제 도포단계;로 이루어진 것에 특징이 있는 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 중방식 도료 도포단계에서 중방식 도료의 수용성 실리콘 아크릴 수지는 실리콘 아크릴레이트 모노머, 아크릴레이트모노머, 유기용제 및 개시제를 드롭핑하여 제조한 후 이를 유화제와 물을 이용해 수용화한 것에 특징이 있는 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 중방식 도료 도포단계에서 중방식 도료의 경화제는 수용성 우레탄 수지가 친수성기를 함유하는 3관능 헥사메틸렌디이소시아네이트와 소수성의 3관능 헥사메틸렌디이소시아네이트에 치환된 우레탄계 경화제인 것에 특징이 있는 친환경 중방식 도료를 이용한 강재도장 시공방법.
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